Дипломная работа (бакалавр/специалист) на тему Разработка методов и средств повышения энергетической эффективности (КПД) в СВЧ электротермических установках.

Содержание:

Введение 4
1. Установки СВЧ диэлектрического нагрева. 5
1.1. Конструкции установок СВЧ диэлектрического нагрева 5
1.1.1. Общие сведения 5
1.1.2. Контроль СВЧ и ВЧ блоков 11
1.1.3. Измерительные методы 11
1.1.4. Критерии проектирования 12
1.1.5. Будущие разработки 13
1.2. Эксплуатация установок СВЧ диэлектрического нагрева 14
1.2.1 Микроволновые камеры 14
1.2.2 Радиочастотные единицы 16
1.2.3 Камеры для партии изделий 16
1.2.4. Микроволновый непрерывный нагрев 18
1.2.5. Радиочастотные непрерывные блоки 20
1.2.6. Специальные подразделения 20
1.3. Область применения 20
1.4. Перенос тепловой энергии конвекцией и излучением 24
1.4.1. Микроволны и радиочастотные волны 24
1.4.2 Полосы частот ( полосы ISM ) 26
1.4.3 Микроволновые генераторы (магнетрон) 27
1.4.4 Радиочастотные генераторы 28
1.4.5 Микроволновое и радиочастотное отопление 29
2. Технико-экономическое сравнение установок термообработки с разными способами энергоподвода 31
2.1. Преимущества СВЧ установок 31
2.2. Обзор методов и средств увеличения энергоэффективности 36
2.3. Анализ основных конструктивных составляющих и их влияние на КПД. 37
3. Долговечность работы магнетрона как увеличение энергоэффективности СВЧ установки 42
3.1. Общие сведения СВЧ-генератора, применяемый в электротермии 42
3.2. Патентный обзор 44
3.3. Повышение КПД магнетрона как способ увеличения КПД всей СВЧ электротермической установки 46
4. Технологические процессы и установки для термообработки диэлектриков 48
4.1. Сушка пиломатериалов 48
4.2. Сушка сельскохозяйсвтенной продукции 50
4.3. Термообработка продуктов питания 52
Заключение 55
Литература 56

Введение:

Предлагаемая курсовая работа ставит задачу дать физические представления о работе электронных приборов СВЧ и их применении в различных отраслях народного хозяйства, в частности, в пищевой промышленности, а также дать расчетные данные по волновым приборам, нагреву и сушки материалов с помощью СВЧ энергии.
Если в 40-х — 50-х годах электроника СВЧ в основном служила потребностям радиолокации и связи, то в последние годы она все шире применяется во многих отраслях хозяйства, ускоряя научно-технический прогресс, повышая эффективность и качество производства.
Появлению новых областей применения мощной СВЧ электроники способствует ряд специфических свойств электромагнитных колебаний этого диапазона частот, которые позволяют создать неосуществимые ранее технологические процессы или значительно их улучшить. К ним относятся, например: создание сверхчистой плазмы с широким интервалом температур; возможность серийного изготовления простых по конструкции и удобных в эксплуатации мощных генераторов СВЧ энергии, с помощью которых могут осуществляться полимеризация и упрочнение различных изделий и материалов, в частности шин и лакокрасочных покрытий, упрочнение металлов, стабилизация параметров полупроводников и т.д.; все более широкое применение получают нагрев и сушка с помощью СВЧ различных материалов, в частности приготовление пищи, пастеризация молока и т.п.
Познакомить с возможностями СВЧ электроники в области температурного нагрева, а также предложить оптимальный вариант для увеличения энергоэффективности — одна из главных задач этой работы.

Заключение:

В данной работе был проделан анализ СВЧ установок, с целью увеличения энергоэффективности – это КПД и срок службы. В процессе анализа было выявлено что на данные параметры влияют влияют такие факторы как:
Существенное повышение качества обработки поверхности резонаторной системы с целью уменьшения потерь
Внесение управляющих неоднородностей в резонаторную систему
Защита торцов ламелей накладками из тугоплавких металлов
Использование режима работы на пространственной гармонике и вторично-эмиссионных катодов
Увеличение осевой протяженности анодного блока
Оптимизация конструкции магнетрона с помощью компьютерного моделирования
Предложено применение в качестве защиты ламелей не дорогостоящих пластин из твердого сплава, а напыления, стоимость которого предварительно будет ниже на 30 %. Данные параметр влияет на увеличение КПД до 5%.
В работе также описаны технологические схемы, в разделе 4, в которых явно видно применение магнетрона как основной единицы.

Фрагмент текста работы:

1. Установки СВЧ диэлектрического нагрева.
1.1. Конструкции установок СВЧ диэлектрического нагрева
1.1.1. Общие сведения
СВЧ электротехнологическими установками называют установки, в оторых с помощью энергии СВЧ электромагнитных колебаний осуществляется термообработка диэлектриков.
Традиционная структурная схема такой установки приведена на рис.1.2. В ней рабочая камера запитывается от одного источника энергии

Рисунок 1.1 – Области применения

Рисунок 1.2 — Структурная схема СВЧ электротермической установки

Рисунок 1.3 – Компоновка СВЧ электротехнологической установки с одним излучателем: а– с рупорным излучателем; б – с волноводно-щелевым излучателем
Если СВЧ электротехнологическая установка предназначена для термообработки объекта с большой поверхностью, то применяются несколько антенных излучателей (рис.1.4, 1.5), а для увеличения производительности следует использовать несколько рабочих камер, запитываемых от нескольких излучателей (рис. 1.6). В случае применения нескольких рабочих камер обычно ведут речь об СВЧ электротермическом оборудовании.
Каждая из установок с приведенными структурными схемами может работать как в периодическом, так и в методическом режимах, автономно, в технологической линии или в самостоятельной технологической линии. Установки, работающие в методическом режиме, в своем составе имеют систему загрузки-выгрузки с электроприводом, приводящим в движение транспортное устройство, перемещающее модифицируемый объект (диэлектрик) вдоль рабочей камеры.
Под источником энергии СВЧ электротермической установок обычно понимают СВЧ генератор и источник питания, снабжающий СВЧ генератор электрической энергией. К СВЧ генератору обычно относят СВЧ прибор, в котором энергия постоянного или переменного электрического тока преобразуется в энергию электромагнитного поля, и трансформатор накала, обеспечивающий стартовый нагрев катода СВЧ прибора (в рабочем режиме нагрев катода обычно отключается). В качестве прибора СВЧ чаще всего используют магнетрон. Типы и параметры магнетронов приведены в [18].
Весьма перспективными являются клистроны.
СВЧ генераторы в СВЧ электротермических установках могут быть собраны в отдельный блок, связанный с источником питания высоковольтным кабелем. Блок питания СВЧ генератора предназначен для электроснабженияэлектродов СВЧ прибора рабочими напряжениями и токами.
Поскольку для питания, например, магнетрона требуется высокое выпрямленное напряжение в блоке питания размещается высоковольтный трансформатор, выпрямитель и сглаживающий фильтр.

Рисунок 1.4 – Компоновка СВЧ электротехнологической установки с несколькими излучателями:
а – с рупорными излучателями; б – с волноводно-щелевыми излучателями